Java面试之synchronized关键字

synchronized关键字是用来解决多线程之间访问共享资源的同步性。是Java提供的一种原子性内置锁，底层实现是完全依赖JVM。所以Java中的每个对象都可以把它当作一个同步锁来使用。这些Java内置的让使用者看不到的锁被称为内置锁，也叫做监视器锁。

其次，内置锁是排它锁，当一个线程想要访问一个被synchronized关键字保护的代码块时，它需要先获取该代码块所在对象的锁定标志。如果该标志已经被其他线程锁定，则该线程会被阻塞，直到获取到锁定标志为止。

当一个线程执行完synchronized关键字保护的代码块后，它会释放该对象的锁定标志，以便其他线程可以继续访问该对象。还有就是synchronized属于重量级锁，效率低下，因为监视器锁是依赖于底层的操作系统的Mutex Lock来实现的。

Java的线程是映射到操作系统的原生线程之上的。如果要挂起和唤醒一个线程，都需要操作系统帮忙完成。而操作系统实现线程之间的切换需要从用户态转换到内核态，这个状态之间的转换需要相对比较长的时间。时间成本相对较高，这也就是早期synchronized效率低的原因。从JDK1.6之后从JVM层面对synchronized进行了较大优化。引入了以下锁优化技术来减少锁操作的开销。

synchronized可以用于同步一个代码块或者一个方法，其本质是在Java对象头中设置一个标志位(lock record)，用于表示当前对象是否被锁定。他们的底层实现其实都一样，只是他们在同步块识别方式上有所不一样，从class字节码文件可以表现出来。

同步方法是通过Accessflags访问标识。同步代码块是monitorenter和monitorexit指令操作。

虚拟机执行到monitorenter指令时先尝试获取锁，获取到锁之后锁的计数器+1，当执行monitorexit指令时将锁的计数器-1。当计数器为0时，锁就被释放了。如果获取失败就阻塞式等待锁的释放。通过在对象头设置标记，达到获取锁和释放锁的目的。

synchronized关键字修饰一个类时，表示对该类的实例或静态方法进行同步控制。这意味着在同一时间内，只有一个线程可以访问该类的实例或静态方法。

如果一个类的某个方法被synchronized修饰，那么该方法在被调用时会自动获取该类的实例的锁，其他线程将无法同时访问该实例的其他 synchronized 方法，直到该方法执行完成并释放锁。

如果一个类的静态方法被synchronized修饰，那么该方法在被调用时会自动获取该类的 Class 对象的锁，其他线程将无法同时访问该类的其他 synchronized 静态方法，直到该方法执行完成并释放锁。

需要注意的是，当使用synchronized修饰一个类时，实际上是对类的实例或静态方法进行同步，而不是对类的整个代码块进行同步。不同实例之间的锁是独立的，即每个实例都有自己的锁。同样，类的静态方法的锁是针对整个类的，不同类的实例之间共享同一个类的锁。

如果一个类的方法的代码块被synchronized修饰，指定锁对象。同一时间只有一个线程可以进入被synchronized修饰的代码块，其他线程必须等待该线程执行完毕释放锁后才能进入。

wait()和notify()为什么要在synchronized代码块中?

wait和notify用来实现多线程之间的协调，wait表示让线程进入的阻塞状态，notify表示让阻塞的线程唤醒。它们必然是成对出现的，如果一个线程被阻塞，那么必须需要另外一个线程来唤醒这个被阻塞的线程，从而实现多线程之间的通信。

在多线程里面，要实现多个线程之间的通信，除了管道流以外，只能通过共享变量的方式来实现。但是多线程本身具有并行执行的特性，也就是在同一时刻，多个线程可以同时执行。

比如线程B在访问共享变量X之前，必须要知道线程A已经修改过了共享变量X，否则就需要等待。同时，线程A修改过了共享变量S之后，还需要通知在等待中的线程B。

所以在这种特性下要去实现多线程之间的通信，就必须要有一个竞争条件控制线程在什么条件下等待什么条件下唤醒。而synchronized就可以实现这样一个互斥条件。

也就是在通过共享变量来是实现多个线程通信的场景里面，参与通信的线程必须要竞争到这个共享变量的锁资源，才有资格对共享变量的修改，修改完成后就释放锁，那么其他的线程就可以再次来竞争同一个共享变量的锁来获取修改后的数据，从而完成线程之间的通信。

所以这也是为什么wait和notify需要放在synchronized同步代码块中的原因，有了sychronized同步锁，就可以实现多个通信线程之间的互斥，实现条件等待和条件唤醒。

另外，为了避免wait和notify的错误使用，JDK强制要求把wait和notify写在同步代码块里面，否则抛出IllegalMonitorStateException异常。